На правах рукописи

САГДЕЕВ МАРАТ НАИЛЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА

МЕХОВОЙ ОВЧИНЫ ОБЛАДАЮЩЕЙ

АНТИСТАТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ С

ПРИМЕНЕНИЕМ ВЧ ПЛАЗМЫ

05.19.05 – Технология кожи и меха

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань – 2009

Работа выполнена на кафедре плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов Казанского государственного технологического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Абдуллин Ильдар Шаукатович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Жихарев Александр Павлович доктор технических наук, профессор Исрафилов Ирек Хуснимарданович

Ведущая организация: Татарское меховое торгово-промышленное открытое акционерное общество «Мелита», г. Казань

Защита состоится « 29 » октября 2009 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул.К.Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан « 29 » сентября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Сысоев В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одежда из меха пользуется значительным спросом, однако имеет ряд недостатков. Одними из наиболее существенных является способность накапливать в процессе выделки и носки статические заряды. Это является угрозой для здоровья людей, которые носят изделия из меха, а так же ухудшает качество волосяного покрова готового полуфабриката меховой овчины.

Электрические свойства волоса имеют особенности, не характерные для других волокон. Волос является плохим проводником электрического тока и обладает трибоэлектрическими свойствами, т.е. при трении способен накапливать на поверхности статические заряды, которые также могут возникать из-за переноса электрических зарядов при трении.

Для того чтобы избежать статической электризации или её нежелательных проявлений, необходимо выявить первичный процесс, ответственный за статические разряды. Если рассмотреть технологию отделки меха, то во время откатки происходит сильная электризация волосяного покрова – это может привести к сильному закату волоса, что усложнит дальнейший технологический цикл и отрицательно скажется на качестве волосяного покрова мехового изделия. В отделочных операциях в процессе протряхивания, отшлифованная пыль за счёт сильной электризации вбивается в шкурку, в операции глажения вся пыль поднимается наверх, что приводит к сильной маркости и потере внешнего вида готового полуфабриката. Статический заряд так же может привести к нежелательным явлениям во время носки изделий: возникновению разрядов негативно влияет на здоровье человека, доставляет дискомфорт и приводит к загрязнению пылью. Мелкодисперсная пыль, которая оседает на мехе при электризации, приводит с одной стороны к снижению блеска меха, с другой — ее частички являются переносчиками специфических раздражающих аллергических агентов.

В меховой промышленности для снижения электризуемости волосяного покрова меха применяются антистатики. Однако действие данных веществ позволяет снизить электризуемость на определённое время, по истечению которого способность меха к электризации снова восстанавливается.

В связи с этим, актуальной задачей меховой промышленности является разработка технологии позволяющая обеспечить максимальное стекание зарядов статического электричества с поверхности волосяного покрова меха.

Для решения данной задачи наибольший интерес вызывает исследование возможности применения плазмы ВЧЕ и ВЧИ разряда пониженного давления. Данные виды разрядов позволяют проводить объёмную обработку капиллярно-пористых материалов, изменять рельеф поверхности, в результате чего уменьшается коэффициент трения и увеличивается стекание зарядов статического электричества, образующихся при трении.

Работа направлена на решение актуальной проблемы создания технологии получения мехового полуфабриката с применением потока низкотемпературной плазмы и антистатика, позволяющей придать волосяному покрову меха антистатические свойства, что устранит закат волоса в отделочных операциях и повысит потребительские и эксплуатационные показатели меховых изделий.

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007г.г.» по теме «Развития центра коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров заданными химическим составом и формой»

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии получения мехового полуфабриката позволяющая придать антистатические свойства и улучшить потребительские и эксплуатационные показатели волосяного покрова меха за счет применения плазменной обработки и антистатика.

Для достижения поставленной цели последовательно решались следующие задачи:

1. Анализ существующих методов снижения электризуемости высокомолекулярных материалов. Обоснование возможности создания на поверхности высокомолекулярных материалов электропроводящего покрытия, обеспечивающего максимальное стекание зарядов статического электричества с применением плазмы ВЧЕ и ВЧИ разрядов пониженного давления.

2. Экспериментальные исследования изменения показателей химических и физико-механических, в том числе электростатические, свойств волосяного покрова меха, в процессах отделки мехового полуфабриката, с целью комплексного улучшение их свойств и установления механизма воздействия потока плазмы ВЧЕ и ВЧИ разрядов пониженного давления.

3. Разработка промышленной ВЧИ плазменной установки, позволяющей придавать волосяному покрову меха антистатические свойства.

4. Разработка технологии производства меховой овчины с улучшенными электростатическими, технологическими и потребительскими свойствами за счет обработки низкотемпературной плазмой.

Методы исследований. Объектом исследований выбран волос полуфабриката меховой полутонкорунной полушерстной овчины с непигментированным волосяным покровом высотой 10 мм, I-сорта. За основу обработки меха взята типовая схема выделки меховых облагороженных овчин с использованием современных химических материалов и применением прогрессивного оборудования.

В работе для решения поставленных задач использовались современные методы и стандартные методики. Результаты исследований сравнивались и сопоставлялись с известными экспериментальными и теоретическими данными других авторов. Для изучения свойств волосяного покрова полуфабриката с целью установления механизма воздействия потока плазмы ВЧЕ и ВЧИ разрядов пониженного давления применяли методы исследования химических и физико-механических свойств. Для установления механизма действия плазменной обработки на кератиносодержащие ВММ, с целью придания антистатических свойств меху, использовали рентгеноструктурный, электронно-микроскопический, ИКспектроскопический методы и элементный рентгеноспектральный анализ.

Исследование показателей свойств мехового полуфабриката проводили в соответствии с существующей научно-технической документацией.

Результаты измерений и исследований обрабатывались с применением методов математической статистики.

Научная новизна работы.

1. Впервые установлено, что ВЧИ плазменная обработка при пониженном давлении с применением антистатика приводит к стеканию зарядов статического электричества, исключая возможность образования электрического разряда на поверхности волосяного покрова меха, за счет создания электропроводящего покрытия и изменения степени раскрытия чешуек кутикулы.

2. Представлена графическая модель микроструктуры волосяного покрова меха. Она позволяет наглядно рассмотреть все уровни микро и ультраструктуры кератина, с целью описания процесса нанесения электропроводящего покрытия на поверхность волосяного покрова меха.

3. Определено, что обработка волосяного покрова плазмой ВЧ разряда не приводит к существенной химической модификации кератина, что подтверждается рентгеноструктурным анализом, ИК спектроскопией и результатами исследований физико-механических и химических свойств.

4. Установлено, что плазменная обработка высокочастотной плазмой с применением антистатика ЦПХ позволяет регулировать показатели электризуемости и придавать антистатические свойства волосяному покрову меха.

электростатических, эксплуатационных и потребительских характеристик волосяного покрова полуфабриката меховой овчины за счет обработки низкотемпературной плазмой с применением антистатика (напряжённость электростатического поля и плотность электрических зарядов равны нулю, диэлектрическая проницаемость уменьшается на 15%, прочность волосяного покрова увеличивается на 24 %, пористость уменьшается на 11,5%).

Практическая ценность работы.

1. Установлены параметры плазменной обработки, позволяющие создать электропроводящее покрытие на поверхности волосяного покрова меха, приводящее к увеличению скорости стекания зарядов статического электричества, образующихся при трении (Gar=0,06 г/с, Wp=1,5 кВт, Р=26, Па, t=3 мин, Dцпх=0,01 г/с ).

2. Разработана технология производства меховой овчины с улучшенными электростатическими, технологическими и потребительскими свойствами за счет обработки низкотемпературной плазмой.

3. Разработано специальное устройство для ВЧИ плазменной обработки меха, обеспечивающее получение и подачу в разрядную камеру смеси плазмообразующего газа и антистатика в необходимых концентрациях.

4. Экономическая эффективность внедрения плазменной технологии в производство меховой овчины, позволяющий получать мех с антистатическими свойствами составила 1240 тыс. руб. в год.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты экспериментальных исследований влияния обработки плазмой ВЧ разрядов пониженного давления на показатели электростатических свойств меховой овчины напряженность диэлектрическую проницаемость. В результате обработки структура волоса становится более упорядоченной, регулярность и равномерность расположения чешуек восстанавливается, что позволяет создавать токопроводящие покрытие на поверхности волосяного покрова.

2. Данные экспериментальных исследований воздействия плазмы ВЧЕ и ВЧИ разряда пониженного давления на химические свойства волосяного покрова свидетельствующие, что плазменная обработка не вызывает деструкции кератина, а приводит к увеличению его реакционной способности вследствие конформационных изменений и разрыва слабых межмолекулярных связей.

3. Результаты экспериментальных исследований изменения показателей физико-механических, химических и электростатических свойств высокомолекулярных материалов, в процессах отделки мехового полуфабриката, после воздействия потока плазмы ВЧЕ и ВЧИ разрядов пониженного давления.

4. Технология получения меховой овчины с антистатическим эффектом за счёт модификации поверхности волосяного покрова с помощью низкотемпературной плазмой и антистатика.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит в выборе и обосновании методики эксперимента; непосредственном участии в проведении экспериментов; участии в анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов, разработке технологии получения с антистатическим эффектом полуфабриката при обработке потоком плазмы ВЧИ-разряда пониженного давления, разработке рекомендаций по промышленному использованию плазменной технологии.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на III Международная научно-практическая конференция студентов и молодых учёных; Всероссийская научнопрактическая конференция студентов и молодых учёных; Научная Сессия (4февраля 2008г.); IV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных. Томск, 24-28 марта 2008 г.; IV Международная научно-практическая конференция студентов и молодых учёных; V Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии; XIV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных; IV международная научнопрактическая конференция. – Улан – Удэ; Научная сессия (3-6 февраля 2009г.); в научно периодических изданиях, в том числе в рекомендованной ВАК - Кожевенно-обувная промышленность, Вестник КГТУ.

Основные результаты работы изложены в 16 публикациях, из них рекомендованные ВАК 3 публикации.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. В тексте приведены ссылки на литературных источника. Работа изложена на 135 стр. машинописного текста, содержит 18 рисунков, 17 таблиц.

Во введении раскрыта актуальность диссертационной работы, определены цели и намечены задачи для их достижения, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, дана структура диссертации.

В первой главе приведен анализ влияния статического электричества и электростатических полей на организм человека, рассмотрена природа и механизмы возникновения статических разрядов на поверхности высокомолекулярных материалов, проведён обзор традиционных методов изменения электростатических свойств волосяного покрова меха в технологических процессах отделки, изучены альтернативные методы изменения электростатических свойств высокомолекулярных материалов при их производстве. Обоснована возможность применения плазменной технологии в отделочных процессах производства мехового полуфабриката для создания на поверхности волосяного покрова меха электропроводящего покрытия, обеспечивающие максимальное стекание зарядов статического электричества. Сформулированы задачи диссертации.

Во второй главе дано описания экспериментальной ВЧИ плазменной установки (рис. 1), объектов, методов и средств исследования свойств материалов, методик проведения экспериментов. В качестве объектов исследования использовали волос полуфабриката меховой полутонкорунной полушерстной овчины с непигментированным волосяным покровом, I-сорта.

раствором; 2- игольчатый клапан; 3механическая система откачки; 4система электроснабжения; 5система газоснабжения; 6- система Обработка объектов исследования проводилась на ВЧЕ и ВЧИ плазменных установках. Входные параметры плазменных установок варьировались в следующих пределах: мощность разряда (Wр) от 0,5 до кВт, рабочее давление в разрядной камере (P) 13,3-26,6Па; расход плазмообразующего газа (G) 0,04-0,08г/с; расход антистатика (Dцпх) 0,01г/с; частота генератора (f) 1,76МГц; 13,56 МГц, продолжительность обработки (t) 1-7мин. В качестве плазмообразующего газа использовался аргон и смесь аргона с пропаном в соотношение 70/30.

Дано описание прибора ИЭЗП позволяющего определять напряжённость электростатического поля вблизи плоских заряженных поверхностей в интервале от 40 до 5000 В/см (Е), поверхностную плотность электрических зарядов в интервале (0,2-1,0)10-5 Кл/м2 (Q) и знак заряда.

Для определения температуры сваривания кожевой ткани меха применялся специальный прибор, соответствующий ГОСТ 938.25-73.

Исследование структуры поверхности волоса проводили на сканирующий зондовый микроскоп Multimod V (Vecco, США) позволяющего получать трехмерные снимки поверхности образцов в масштабах десятков нанометров.

Элементный рентгеноспектральный анализ, который позволяет идентифицировать химические элементы, составляющие волос (от бора до натрия) осуществляли на с помощью системы микроволнового разложения и атомно-эмиссионного спектрометра с индуктивно-связанной плазмой iCAP 6300 DUO.

Погрешность результатов оценивали с помощью методов статистической обработки экспериментальных данных при доверительной вероятности 0,95.

В третьей главе исследовано влияние параметров потока плазмы ВЧЕ и ВЧИ разрядов пониженного давления на химические, физикомеханические, включая электростатические и структурные характеристики волосяного покрова меха в процессе получения мехового полуфабриката.

Построена графическая модель, позволяющая наглядно рассмотреть все уровни микро и ультраструктуры кератина волосяного покрова. Модель использована для интерпретации данных структурного анализа поверхности волосяного покрова, полученных с помощью электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа.

На первом этапе работы исследовали влияние времени плазменной обработки ВЧЕ разряда пониженного давления на электростатические свойства мехового полуфабриката (рис.2).

Рисунок 2 - Относительное изменение параметров электростатических свойств меховой овчины от времени ВЧЕ плазменной обработки (Wр=1, кВт, GAr/проп70/30=0,06г/с, Р=26,6Па) Установлено, что обработка в потоке плазмы ВЧЕ - разряда пониженного давления приводит к изменению электростатических свойств.

Наилучший результат найден при обработки в режиме: Wр=1,4 кВт, Gar/проп70/30=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=5 мин. Напряженность электростатического поля и плотность электрических зарядов на поверхности волосяного покрова меха после плазменной обработки в данном режиме равны нулю, диэлектрическая проницаемость уменьшает на 14%, следовательно образец обладает высокой проводимостью. Это происходит в результате закрытия чешуек и уменьшения шероховатости волосяного покрова, что в свою очередь приводит к снижению коэффициента трения и генерации зарядов статического электричества.

Исследование влияния плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на физико-механические и химические характеристики меховой овчины показали, что плазменная обработка приводит к комплексному улучшению свойств волосяного покрова и кожевой ткани меха (температура сваривания кожевой ткани повышается на 5%, гигроскопичность уменьшается на 16%, пористость уменьшается на 4%, прочность на разрыв увеличивается на 24 %).

Исследования по устойчивости полученного эффекта снижения электризуемости меха во времени показали, что в течение 24 дней накопление электрических зарядов на мехе при трении после плазменной обработки в режиме Wр=1,4 кВт, Gar/проп70/30=0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=5 мин, не происходит, однако в последующие дни электростатические свойства волосяного покрова восстанавливаются. Поверхность волоса вновь приобретает свойства присущие ему до плазменной обработки, в том числе способность к повышенной электризации.

В связи с этим технология получения мехового полуфабриката с применением плазменной обработки требует доработки, так как возникает проблема закрепления антистатического эффекта на поверхности меха и исключения возникновения зарядов статического электричества во время эксплуатации меховых изделий.

На втором этапе исследований, для получения необходимого эффекта и сохранения его во времени, рассматривалось влияния высокочастотной плазмы индукционного разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ на электростатические свойства волосяного покрова меховой овчины.

Для того чтобы избежать статической электризации и её нежелательных проявлений, необходимо выявить первичный процесс, ответственный за статические разряды. Если рассмотреть технологию отделки меха, то во время откатки происходит сильная электризация волосяного покрова – это может привести к закату волоса, что усложнит дальнейший технологический цикл и отрицательно скажется на качестве волосяного покрова мехового изделия. В отделочных операциях, в процессе шлифования, отшлифованная пыль оседает на волосяном покрове из-за сильной наэлектризованности. Поэтому отшлифованные шкурки отправляют на процесс протряхивания. При низких температурах, когда воздух малоэффективным, так как отшлифованная пыль приникает вглубь волоса. Во время глажения вся пыль поднимается наверх, что приводит к сильной маркости и потере внешнего вида готового полуфабриката. Для решения данной проблемы, а также для сокращения производственного цикла и экономии энергоресурсов применяли обработку меха плазмой ВЧИ разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ перед процессом откатки. Данный вид разряда позволяет проводить объемную обработку капиллярно-пористых материалов, изменять поверхность волосяного покрова.

Для исследования закономерностей плазменного воздействия на электростатические свойства волосяной покров меховой овчины определяли его показатели: диэлектрическую проницаемость, напряжённость электростатического поля, поверхностную плотность электрических зарядов и знак заряда.

Режим обработки низкотемпературной плазмой выбран с учётом того, что энергия ионов не превышает 70 эВ, температура – 50 0С. Поэтому деструкции кожевой ткани и волосяного покрова не происходило. Измерения проводились в одинаковых условиях: температура воздуха 20+10С, при относительной влажности 61 – 65%, давление – атмосферное нормальное.

Влияние плазменной обработки на параметры электростатических свойств волосяного покрова меха представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Изменение параметров электростатических свойств меховой овчины после обработки плазмой ВЧИ разряда (Gar=0,06 г/с, Р=26, Па, t=5 мин, Dцпх=0,01г/с) В результате проведённых экспериментов определен режим плазменной обработки мехового полуфабриката (Wр=1,5кВт, Gar=0,06 г/с, Р=26,6Па, t=5мин, Dцпх=0,01г/с), позволяющий придать волосяному покрову антистатичные свойства. Обработка в этом режиме приводит к тому, что напряжённость электростатического поля и плотность электрических зарядов равны нулю. Происходит уменьшение диэлектрической проницаемости на 38%, которая вызывает интенсивное стекание зарядов статического электричества.

Для изучения полученного эффекта сделаны микрофотографии поверхности волосяного покрова меха на наноуровне с помощью cканирующего зондового микроскопа Multimod V (Vecco, США) (рис.3) позволяющего получать трехмерные снимки поверхности.

Из микрофотографий видно, что на поверхности волосяного покрова опытного образца формируется электропроводящее покрытие, которое обеспечивает стекание зарядов статического электричества.

Проведенный элементный рентгеноспектральный анализ антистатика ЦПХ и образцов меховой овчины после плазменной обработки в ВЧЕ и ВЧИ разрядах показал более высокое содержание токопроводящих элементов в волосяном покрове меха обработанного в плазме ВЧИ разряда (табл. 2).Таким образом, обработка плазмой ВЧИ разряда с применением антистатика позволяет увеличить реакционную способность волоса, в результате чего химические элементы, относящиеся к металлам и входящие в состав антистатика, в большем количестве оседают на поверхности волосяного покрова, образуя при этом на поверхности токопроводящий слой.

Рисунок 3 – Микрофотографии поверхности волосяного покрова до обработки низкотемпературной плазмой (а) и после (б) обработки в режиме Wp=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=5 мин, Dцпх=0,01 г/с Однако, во время проведения отделочных операции, таких как, откатка, разбивка, шлифовка, протряхивание и глажение, волосяной покров подвергается термомеханическим воздействиям, которые приводят к разрушению токопроводящего покрытия на волосе. В результате мех восстанавливает свои первоначальные свойства, которые приводят к накоплению зарядов статического электричества на поверхности.

Статический заряд приводит к нежелательным явлениям во время носки изделий: возникновению разрядов негативно влияющих на здоровье человека, доставляющих дискомфорт во время носки и приводящих к загрязнению пылью. Мелкодисперсная пыль, которая оседает на мехе при электризации, приводит с одной стороны к снижению блеска меха, с другой — ее частички являются переносчиками специфических раздражающих аллергических агентов.

Поэтому для решения данной проблемы, с целью предотвращения электризации меха во время эксплуатации меховых изделий, готовый полуфабрикат меховой овчины обрабатывали на ВЧИ плазменной установке с применением антистатика в режиме : Wp=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх=0,01 г/с.

В результате повторной обработки готового полуфабриката меховой овчины выявлено, что ВЧИ плазменная обработка в парогазовой среде антистатика приводит к уменьшению значения диэлектрической проницаемости на 39%, при этом напряжённость электростатического поля и плотность электрических зарядов равны нулю (таблица 3).

Таблица 3 - Изменения параметров электрических свойств меховой овчины до и после обработки плазмой ВЧИ разряда (Wp=1,5кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх=0,01 г/с) опытных образцов Для изучения полученного эффекта сделаны микрофотографии поверхности волосяного покрова меховой овчины на электронном микроскопе ТМ-1000 Hitachi Science Systems (рис. 4).

При анализе микроснимков образцов волосяного покрова меха обработанных антистатиком ЦПХ (рис. 4 г,д,е) установлено, что внешняя поверхность кутикулы выглядит неплотной, рельеф сложный, что может быть обусловлено наличием тонкой плёнки.

На рисунке 4 (ж,з,и) видно, что стержни волос обработанные ВЧИ плазмой с антистатиком ЦПХ в режиме (Wp=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх=0,01 г/с), имеют кутикулу с плотной структурой, чешуйки плотно прилегают друг к другу. Микрофотографии свидетельствуют о наличии на поверхности волосяного покрова токопроводящего покрытия.

Поверхность становится менее шероховатой, чешуйки различной формы плотно соприкасаются краями и прилегают друг к другу. Уменьшение шероховатости поверхности приводит к уменьшению коэффициента трения, следовательно, генерация зарядов статического электричества также уменьшается.

Контрольные образцы, представленные на рисунке 4 (а,б,в) имеют рельефную поверхность волоса. Микрофотографии демонстрируют, что стержни волос имеют небольшую дефектность, чешуйки неплотно прилегают друг к другу. Какого-либо эффекта засвечивания снимков и наличия тонко проводящий области не обнаружено.

Антистатик ЦПХ в своем химическом строении имеет кратные связи (четвертичные аммониевые основания, амины и др.), в полимерной матрице которого содержатся электропроводящие наполнители – металлы, что видно из элементного анализа (табл. 2). Количество электропроводящих наполнителей и их распределение в полимерной матрице обеспечивают образование в композите токопроводящих мостиков. Нанесение токопроводящего покрытия на волосяной покров при обработки ВЧИ плазмой происходит в результате активации поверхности волоса и увеличения реакционной способности кератина.

Рисунок 4 - Микрофотографии поверхности волосяного покрова меха до обработки низкотемпературной плазмой (а,б,в), обработанных антистатиком (г,д,е) и после (ж,з,и,) обработки ВЧИ плазмой в режиме: Wр= 1,5кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх=0,01 г/с.

Если рассмотреть разделение зарядов на поверхностях материалов (окружающая среда-волос), на которых формируется двойной слой, состоящий из раздельных положительных и отрицательных зарядов, то плотность зарядов в этом двойном слое может быть много выше плотности зарядов, которая остается на поверхности одного из материалов после разделения в связи с нейтрализацией зарядов ионами окружающей среды. В результате плазменной обработки и образования токопроводящего покрытия происходит переориентация диполей, приводящая к тому, что изначально электроположительная поверхность волоса становится более электроотрицательной. При этом на поверхности волоса образуется двойной электрический слой, состоящий из электронов и положительно заряженных ионов. Происходит уравновешивание поверхности зарядов, суммарный заряд и потенциал на поверхности волоса приобретают значения близкие к нулю.

Повышается ионная проводимость поверхности волоса, что препятствует накоплению зарядов статического электричества.

Для установления устойчивости волосяного покрова меха к накоплению зарядов в течение 210 дней проводили исследования его электростатических свойств. В результате исследования установлено, что напряженность электростатического поля и плотность электрических зарядов на поверхности волосяного покрова меха после плазменной обработки с применением антистатика ЦПХ при трении равны нулю.

На третьем этапе исследований рассматривали влияние потока плазмы ВЧИ разряда пониженного давления с применением антистатика ЦПХ на физико-механические и структурные характеристики волосяного покрова и кожевой ткани меховой овчины.

Для установления закономерностей плазменного воздействия определяли химические, физико-механические характеристики готовой продукции меха (табл.4): гигроскопичность, содержание влаги, кислотную и щелочную емкости, кислотную и щелочную растворимости, содержание несвязанных жировых веществ, содержание золы, температуру текучести, пористость, прочностные характеристики.

Таблица 4 - Химические и физико-механические характеристики волосяного покрова и кожевой ткани меховой овчины до и после плазменной обработки в режиме: Wр=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх=0, г/с Продолжение таблицы Содержание минеральных веществ, % 6,99 1, Анализируя данные таблицы 4, можно сделать вывод, что обработка плазмой ВЧИ разряда в среде антистатика ЦПХ приводит к улучшению химических и физико-механических свойств волосяного покрова и кожевой ткани меха. Очевидно, что это произошло в результате более полного структурирования кератина волоса, упорядочивания структуры и увеличения кристаллической фазы в процессе плазменной обработки и нанесения токопроводящего покрытия.

Как видно из таблицы 4 температура сваривания образцов полуфабриката обработанных ВЧ - плазмой пониженного давления выше контрольных на 4 С. Это происходит за счет конформационных изменений, приводящих к дополнительному упорядочению структуры дермы.

Влагосодержание кожевой ткани мехового полуфабриката после плазменной обработки меняется незначительно – на 2 %. Увеличение продолжительности плазменной обработки способствует большему снижению количества влаги.

Из данных, представленных в таблице 4 следует, что намокаемость и влагоемкость кожевой ткани после плазменной обработки уменьшается на 25% и 26% соответственно по отношению к контрольному образцу.

Плазменная обработка в режиме Wр=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t= мин, D=0,01 г/с приводит к уменьшению межпучковых расстояний, с одновременным сжатием пучков, уплотнению материала вследствие кинетического воздействия ионов плазмы на его внешнюю поверхность и образования токопроводящего покрытия.

Обработка плазмой ВЧИ разряда с применением антистатиком приводит к образованию на поверхности волосяного покрова меха токопроводящего покрытия, благодаря этому повышается устойчивость волоса к действию едкой щелочи на 42% и кислоты на 20%, а также уменьшается кислотная и щелочная емкость на 8% и 20% по сравнению с контрольным.

t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с приводит к образования гидрофильной поверхности и закрытию чешуек волосяного покрова, за счёт этого происходит уменьшение Анализируя данные таблицы 4, можно сделать вывод, что плазменная обработка меховой овчины приводит к увеличению прочности волоса на разрыв на 24 %, это свидетельствует, что на его поверхности образуется покрытие, происходит упорядоченность структуры и увеличение Изучение ИК спектров контрольного и опытного образцов волосяного покрова меховой овчины показало, что плазменная обработка в режиме Wр=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх=0,01 г/с не приводит к изменению химического состава волоса (рис. 5). Наблюдается увеличение пропускной способности у опытных образцов, что свидетельствует о меньшем количестве свободных функциональных групп в волосе Пропускание, % Рисунок 5 – Дифракционные кривые волосяного покрова полуфабриката меховой овчины: а) контрольный; б) опытный Wр=1,5 кВт, Gar =0,06 г/с, г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх =0,01 г/с позволяет придать волосяному покрову меховой овчины антистатические свойства, а также комплексно улучшить его потребительскую ценность меховых изделий, а так же обеспечивает наилучшие товарные характеристики меха: волосяной покров становится рассыпчатым, более упругим, эластичным и менее подверженным внешним полуфабриката меховой овчины, обладающего антистатическими свойствами с применением плазмы ВЧИ разряда пониженного давления.

Разработана промышленная плазменная установка для обработки полуфабриката меховой овчины с целью придания волосяному покрову антистатических свойств.

Выпущены опытно-промышленные партии меховой овчины.

Волосяной покров меха обрабатывали на промышленной плазменной установке в выбранных ранее режимах, при этом мощность разряда увеличили до 7,5 кВт, так как обработке подвергались не образцы меха, а целые шкуры.

Проведение плазменной обработки перед процессом откатки, для придания волосяному покрову меховой овчины антистатических свойств, приводит к решению технологических проблем (устранению заката, образование пыли на поверхности меха во время глажения), сокращению расхода химматериалов (исключение из технологического процесса выделки меховой овчины антистатика ЦПХ) и времени проведения откатки.

Обработка готового полуфабриката плазмой ВЧИ разряда позволяет избежать электризации на поверхности волосяного покрова во время эксплуатации меховых изделий, что исключает негативное влияние статического электричества на здоровье человека и способность притягивать пыль и доставлять дискомфорт во время эксплуатации.

Проведенные исследования показали, что внедрение плазменной обработки перед процессом откатки (Wр=7,5 кВт, Gar =0,06 г/с, Р=26,6 Па, t= мин, Dцпх=0,01 г/с), а также готового полуфабриката (Wp=7,5 кВт, Gar=0, г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх=0,01 г/с), позволяет предотвратить образование статического электричество, а так же комплексно улучшить потребительские и эксплуатационные характеристики при производстве мехового полуфабриката.

Таким образом, на основании вышеизложенного, предложена наиболее рациональная схема технологических процессов производства мехового полуфабриката с антистатическими свойствами (рис. 5).

Полуфабрикаты меховой овчины, полученные по предложенной схеме обладают улучшенными технологическими, потребительскими и эксплуатационными свойствами волосяного покрова, в том числе антистатическими, по сравнению с произведенными по типовой технологии:

температура сваривания кожевой ткани увеличивается на 4%, гигроскопичность меха уменьшается на 18%, пористость уменьшается на 12%, прочность волоса увеличивается на разрыв 22%, напряженность электрического поля и плотность электрических зарядов на поверхности меха при трении равны нулю.

Экономическая эффективность от внедрения плазменной обработки в технологию производства полуфабриката меховой овчины составила тыс. руб. в год.

ВЧИ плазменная обработка волосяного покрова мехового полуфабриката в режиме: (Wp=7,5 кВт, Gar=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=5 мин, DЦПХ=0,01 г/с) ВЧИ плазменная обработка волосяного покрова мехового полуфабриката в режиме: (Wp=7,5 кВт, Gar=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, DЦПХ=0,01 г/с) Рисунок 5 - Схема технологического процесса производства готового полуфабриката меховой овчины, обладающего антистатическими свойствами с применением плазмы ВЧИ разряда пониженного давления Выражаю благодарность научному консультанту к.т.н., доц. Шарифуллину Ф.С. принимавшей участие в постановке задачи работы, проведению экспериментов и обсуждению их результатов.

ВЫВОДЫ

1. Впервые установлено, что с помощью плазменной модификации меха в парогазовой среде антистатика можно уменьшить электризуемость волосяного покрова, за счет создания токопроводящего покрытия на его поверхности, качество которого обеспечивается восстановлением упорядоченности, регулярности и равномерности расположения чешуек.

2.Установлена потребительских, эксплуатационных, технологических, в том числе и антистатических свойств волосяного покрова меха готового полуфабрика за счет нанесения токопроводящего покрытия путем плазменного воздействия ВЧИ разряда с применением антистатика (температура сваривания кожевой ткани увеличивается на 4%, гигроскопичность меха уменьшается на 18%, пористость уменьшается на 12%, прочность волоса увеличивается на разрыв 22%, напряженность электрического поля и плотность электрических зарядов на поверхности меха при тернии равны нулю).

3. На основе результатов комплексной оценки характеристик волосяного покрова на различных стадиях производства мехового полуфабриката выявлено, что наилучшими являются обработка потоком плазмы ВЧИ разряда пониженного давления меха перед процессом откатки и готового полуфабриката.

4. Представлена графическая модель микроструктуры волосяного покрова меха, позволяющая наглядно рассмотреть все уровни микро и ультраструктуры кератина, для описания процесса нанесения электропроводящего покрытия на поверхность волосяного покрова меха с применением плазменной обработки 5. Установлен механизм создания токопроводящего покрытия на поверхности волосяного покрова меховой овчины за счет обработки низкотемпературной плазмы пониженного давления в процессе производства мехового полуфабриката. Определено, что антистатик ЦПХ помещенный в плазму, формирует на поверхности волосяного покрова качественное покрытие, благодаря объёмной плазменной обработки которая, активирует поверхность волоса и увеличивает его реакционную способности. При этом, за счёт создания тонкого токопроводящего слоя на поверхности волосяного покрова меха, ускоряется стекание электрических зарядов образующихся при трении.

6. Определен режим плазменной обработки мехового полуфабриката перед процессом откатки (Wp=7,5 кВт, Gar=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=5 мин, Dцпх=0,01 г/с), позволяющий устранить закат волоса, образование пыли на поверхности меха во время глажения, сократить расход химматериалов и время проведения откатки.

7. Определен режим плазменной обработки готового мехового полуфабриката (Wp=7,5 кВт, Gar=0,04 г/с, Р=26,6 Па, t=3 мин, Dцпх=0,01 г/с), позволяющего избежать электризации зарядов на поверхности волосяного покрова во время эксплуатации меховых изделий, что исключает негативное влияние статического электричество на здоровье человека и способность притягивать пыль и доставлять дискомфорт во время эксплуатации.

8. Разработана технология получения полуфабриката меховой овчины с применением низкотемпературной плазмы и антистатика, позволяющая комплексно улучшить технологические и потребительские показатели волосяного покрова: температура сваривания кожевой ткани увеличивается на 4%, гигроскопичность меха уменьшается на 18%, пористость уменьшается на 12%, прочность волоса увеличивается на разрыв 22%, напряженность электрического поля и плотность электрических зарядов на поверхности меха при тернии равны нулю.

9. Разработана промышленная ВЧИ плазменная установка, позволяющая наносить токопроводящее покрытие на волосяной покров меховой овчины, для придания антистатических свойств на различных стадиях получения мехового полуфабриката.

Научные статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах рекомендованные ВАК РФ Сагдеев, М.Н Применение НТП пониженного давления для регулирования трибоэлектрических свойств меха / И. Ш. Абдуллин, промышленность – Москва, №1 2008 г. С. 44- Сагдеев, М.Н. Влияние ВЧИ плазмы пониженного давления и антистатика ЦПХ на электростатические свойства меховой овчины / М.Н. Сагдеев, Ф.С. Шарифуллин, И. Ш. Абдуллин // Кожевеннообувная промышленность – Москва, №4 2009 г. С. 41- Сагдеев, М.Н Изучение воздействия высокочастотной плазмы индукционного разряда пониженного давления и антистатика ЦПХ на трибоэлектрические свойства волосяного покрова меховой овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, А.П.Кирпичников, М.Н. Сагдеев // Вестник КГТУ. - Издат-во Казан. Гос. Технол. Ун-та, 2009.

Научные статьи и материалы научных конференций Сагдеев, М.Н Влияние неравновесной низкотемпературной плазмы на электростатичекие характеристики волосяного покрова меха / И. Ш.

Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, М.Н. Сагдеев, Н.Г.Вагизова // Новые технологии и материалы лёгкой промышленности: III Международная научно-практическая конференция студентов и молодых учёных:

Сборник статей. – Казань: Издат-во Казан. Гос. Технол. Ун-та, 2007. – Сагдеев, М.Н Применение низкотемпературной плазмы пониженного давления для регулирования трибоэлектрический свойств волосяного покрова меха / И. Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // Дизайн - новые взгляды и решения // Всероссийская научнопрактическая конференция студентов и молодых учёных: сборник статей (ноябрь 2007 г.). – Казань: Издат-во Казан. Гос. Технол. Ун-та, 2008. С.60- пониженного давления для регулирования трибоэлектрических свойств волосяного покрова меховой овчины / И. Ш. Абдуллин, Ф.С.

Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // Научная Сессия (4-8 февраля 2008г.) Аннотация сообщений – Казань, 2008. С. Сагдеев, М.Н Регулирование свойств волосяного покрова меха с применением низкотемпературной плазмы / И. Ш. Абдуллин, Ф.С.

Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // Современные техника и технологии.

Труды. Том 2. IV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных. Томск, 24-28 марта 2008 г.

С.210- Сагдеев, М.Н. Изменение трибоэлектрических свойств кератиносодержащих высокомолекулярных материалов под воздействием высокочастотной индукционной плазмы пониженного давления / И. Ш.

Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // Новые технологии и материалы лёгкой промышленности: IV Международная научнопрактическая конференция студентов и молодых учёных: Сборник статей. – Казань Издат-во Казан. Гос. Технол. Ун-та, 2008. – С. 199- Сагдеев, М.Н Изменение трибоэлектрических свойств меховых материалов с применением высокочастотного разряда пониженного давления / Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // XII Школа по плазмохимии для молодых учёных России и стран СНГ: V Международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии: Сборник трудов. – Иваново, 2008. – С. 482- Сагдеев, М.Н. Регулирование свойств волосяного покрова меха с применением низкотемпературной плазмы / И.Ш. Абдуллин, Ф.С.

Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // XIV Международная научнопрактическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных:

Современные техника и технологии: Сборник трудов. – Томск, 24- марта 2008. – С. 210- Сагдеев, М.Н. Технология отделки меховой овчины с применеием плазменной обработки и антистатика ЦПХ / И.Ш. Абдуллин, Ф.С.

Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // Кожа и мех в XXI веке. Технология, качество, экология, образование. IV международная научнопрактическая конференция. – Улан – Удэ, Издательство ВСГТУ 2008.

Сагдеев, М.Н. Исследование низкотемпературной плазмы и антистатика ЦПХ на трибоэлектрические свойства меховой овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // Научная сессия (3февраля 2009г.) Аннотация сообщений – Казань, 2009. С. Сагдеев, М.Н Снижение электризации меховой овчины с применением 10.

плазмы ВЧИ разряда пониженного давления и антистатика ЦПХ / И.Ш.

Абдуллин, Ф.С. Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // Новые технологии и материалы легкой промышленности: V Международной научнопрактической конференции студентов и молодых учёных: Сборник статей. – Казань: Изд-во Казан.гос. техноло. ун-та, 2009. – 240 с.

Сагдеев, М.Н. Исследование электризуемости волосяного покрова 11.

меховой овчины после обработки плазмой индукционного разряда пониженного давления и антистатика / М.Н. Сагдеев, Ф.С.

Шарифуллин, И. Ш. Абдуллин // Прикладные аспекты химической технологии полимерных материалов и наносистем (Полимер 2009):

материалы III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных 29-30 мая 2009 года. Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: 2009. – 156 с.

Сагдеев, М.Н Придание антистатических свойств волосяному покрову 12.

меховой овчины с применением плазмы индукционного разряда пониженного давления и антистатика ЦПХ / М.Н. Сагдеев, Ф.С.

Шарифуллин, И. Ш. Абдуллин // Перспективы развития фундаментальных наук: VI Международная конференция студентов и молодых учёных. Томск, 26-29 мая 2009 г. С.56- Сагдеев, М.Н Исследование влияния ВЧИ разряда пониженного 13.

давления и антистатика ЦПХ на трибоэлектрические свойства волосяного покрова меховой овчины / И.Ш. Абдуллин, Ф.С.

Шарифуллин, М.Н. Сагдеев // Кожа и меха в XXI веке: технология, качество, экология, образование: V Международная научнопрактическая конференция. – Улан–Удэ, Издательство ВСГТУ 2009 г.

Офсетная лаборатория КГТУ 420015 г.Казань, ул.К.Маркса,